Was ist GPS?

Das GPS-System (Global Positioning System) basiert auf 24 Satelliten, die in bestimmten Bahnen die Erde umkreisen. Jeder von ihnen hat eine genau vorhergesehene Umlaufbahn und sendet die aktuelle Position zusammen mit der genauen Uhrzeit codiert aus. Die Uhrzeit wird über Atomuhren genau gehalten. Ein GPS-Tracker bestimmt nun seine eigene Position, indem er die Satellitendaten auswertet und die eigene Position berechnet. 

Die Satelliten bewegen sich in 6 Bahnen, bezeichnet mit A-F (jeweils 55 Grad gegen den Äquator geneigt), zu sehen in Abbildung 1. Dabei sind jeweils 4 Satelliten auf einer Bahn unregelmäßig verteilt. Daher dient zur Bezeichnung der Satelliten ebenfalls die Position (1-4).

Abbildung 1  Vereinfachte Darstellung der Satellitenbahnen 

Quelle: BBS 2 Wolfsburg 

Es sind außerdem noch ein paar Satelliten zusätzlich im Orbit, um entweder temporäre Wartungsarbeiten auszugleichen oder im Notfall auch dauerhaft einen Ausfall zu ersetzen. Eine vereinfachte Darstellung sieht man in Abbildung 2.

_{Abbildung 2 Vereinfachte Darstellung der Satellitenpositionen und Verteilung} 

_{Quelle: BBS 2 Wolfsburg} 

Für die Ortung der Position benötigt ein GPS-Tracker prinzipiell 3 Satelliten über sich, da dafür allerdings eine ausreichend genaue Uhr benötigt wird und GPS-Empfänger grundsätzlich günstig sein sollen, bedient man sich eines vierten Satelliten, der die Referenz zur genauen Zeit gibt. 

Auf diese Weise lässt sich nicht nur Position in Längen- und Breitengraden bestimmen, sondern auch Höhe und Geschwindigkeit des Empfängers. Zudem lässt dieses Verfahren vom Prinzip her keine Informationen an Dritte weiter, da der GPS-Tracker nur als Empfänger fungiert. Daher wurde diese Technologie anfänglich auch für das Militär genutzt.

Wie ein GPS-Empfänger auf die Satelliten "zugreift" lässt sich in Abbildung 3 erkennen. Dabei bleibt zu beachten, dass das Bild nicht dreidimensional ist, daher erkennt man nicht perfekt, dass nicht alle Satelliten räumlich über dem Punkt liegen.

_{Abbildung 3 Auswertung der Satellitendaten eines GPS-Tracker} 

_{Quelle: BBS 2 Wolfsburg} 

Abbildung 4 zeigt auf, dass mit der Rotation der Erde und Bewegung der Satelliten, sich auch die empfangbaren Satelliten für den GPS-Tracker ändern. Auf diese Weise sollte jedoch fast die gesamte Welt abgedeckt sein, sodass fast immer mindestens 4 Satelliten über einem sind.

Dieses Netz ist jedoch nicht für die Polkappen ausgelegt, weshalb man dort keinen GPS-Empfang hätte. Es gibt aber andere Navigationssysteme, die speziell dafür entwickelt wurden. Dies ist jedoch für diesen Kurs nicht so relevant, außer man möchte an den Polen mit dem T1 herumfahren.

Abbildung 4 Auswertung der Satellitendaten eines GPS-Tracker nach Rotation 

Quelle: BBS 2 Wolfsburg 

Die Genauigkeit dieser Bestimmung beläuft sich häufig auf unter 10 m. Der in diesem Kurs verwendete GPS-Tracker wirbt mit 2,5 m. Mit höheren technischen Standards und Referenzstationen, wie wir sie nicht nötig haben, lässt sich eine GPS-Ortung jedoch im besten Fall auf Zentimeter genau durchführen.